第8章 金属的力学性能

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1、第8章金属的力学性能第一节强度与塑性第二节硬度第三节冲击韧度第四节疲劳第8章金属的力学性能引言：1、金属材料的性能使用性能：指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性能、物理性能和化学性能。工艺性能：指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加工和热处理的性能。2、金属材料力学性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。第一节强度与塑性一、材料的拉伸曲线1、oe段：直线、弹性变性2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形5、b点：出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承

2、载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。3、ss’段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。4、s’b曲线：弹性变形+均匀塑性变形拉伸试验拉力试验机拉伸试样拉伸破坏试样（低碳钢）强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。一、强度的指标2、抗拉强度指试样拉断前所承受的最大拉应力。其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。1、屈服点σb=Fb/S0当材料的内应力σ＞σb时，材料将产生断裂。σb常用作脆性材料的选材和设计的依据。符号：σs材料产生屈服现象时的最小应力σs=Fs/S0Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N）S0：试样原始横截面积（mm）压缩试验压

3、缩试样试验前破坏后（灰铸铁）破坏后（低碳钢）压缩试验剪切试验剪切试样剪切试验扭转试验扭转试样扭转试验扭转破坏试样（低碳钢）扭转破坏试样（灰铸铁）二、塑性指标塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。评定指标是断后伸长率和断面收缩率。1、断后伸长率2、断面收缩率指试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。δ=(L1-L)/Lx100%L:标距（本实验L=100）L1:拉断后的试件标距。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。Ψ=(A0-A1)/A0x100%A0:试件原横截面积。A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量

4、出。第二节硬度引言：1、定义：指材料局部表面抵抗塑性变形和破坏的能力。它是衡量材料软硬程度的指标，其物理含义与试验方法有关。2、硬度的测试方法（1）布氏硬度（2）洛氏硬度（3）维氏硬度（4）肖氏硬度1、布氏硬度试验（布氏硬度计）原理:用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球）以相应的试验力压入待测材料表面，保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验力，测量材料表面压痕直径，以计算硬度的一种压痕硬度试验方法。2、布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受有平均压力表示。如：120HBS500HBW4、测量范围用于测量灰铸铁、结构钢、非铁金属及非金属材料等.一、布氏硬度3、优缺点（1）测量值较准确，重复

5、性好，可测组织不均匀材料（铸铁）（2）可测的硬度值不高（3）不测试成品与薄件（4）测量费时，效率低1、洛氏硬度试验（洛氏硬度计）原理:用金刚石圆锥或淬火钢球，在试验力的作用下压入试样表面，经规定时间后卸除试验力，用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种压痕硬度试验。2、洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示。可从表盘上直接读出。如：50HRC4、测量范围用于测量淬火钢、硬质合金等材料.二、洛氏硬度3、优缺点（1）试验简单、方便、迅速（2）压痕小，可测成品，薄件（3）数据不够准确，应测三点取平均值（4）不应测组织不均匀材料，如铸铁。1、维氏硬度试验原理:用夹角为136°的金刚石四棱锥体压头，

6、使用很小试验力F（49.03-980.07N）压入试样表面，测出压痕对角线长度d。2、维氏硬度值用压痕对角线长度表示。如：640HV。4、测量范围常用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等。三、维氏硬度3、优缺点（1）测量准确，应用范围广（硬度从极软到极硬）（2）可测成品与薄件（3）试样表面要求高，费工。三、冲击韧度试验时，将试样放在试验机两支座上，。把质量为m的摆锤抬到高H，使摆锤具有位能为mHg。摆锤落下冲断试样后升至h高度,具有位能为mhg，故摆锤冲断试样推动的位能为mHg—mhg，这就是试样变形和断裂所消耗的功称为冲击吸收功AK，即AK=mg(H-h)用试样的断口处截面积SN（c

7、m2）去除AK（J）即得到冲击韧度，用ak表示，单位为J/cm2.aK=AK/SN第四节、疲劳一、疲劳概念虽然零件所承受的交变应力数值小于材料的屈服强度，但在长时间运转后也会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂。对称循环交变应力据统计，机械零件断裂中有80%是由于疲劳引起。二、疲劳曲线与疲劳极限试验证明，金属材料所受最大交变应力σmax愈大，则断裂前所受的循环周次N（定义为疲劳寿命）愈少，这种交变应力σmax与疲劳寿命N的关系曲线称疲劳曲线或S—N曲